(57)【要約】【課題】有機薄膜トランジスタの特性を向上させ、良好な駆動を行うことができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４を形成する電極形成工程と、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４に接続される有機半導体層１０５を形成する有機半導体層工程と、有機半導体層１０５を加熱し、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４間に交流電圧を印加するエージング工程とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
ソース電極及びドレイン電極を形成する電極形成工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接続される有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、
前記有機半導体層を加熱し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に交流電圧を印加するエージング工程とを含む有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体層を６０℃以上転移温度以下に加熱する請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記交流電圧は、絶対値が５０Ｖ以下である請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記エージング工程において、前記交流電圧のデューティ比が１／５〜１／２０である請求項１、２又は３に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記エージング工程において、前記交流電圧の周波数は、１〜１０００ＫＨｚである請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記エージング工程において、前記交流電圧を印加する時間は、１分間以上５時間以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に、有機薄膜トランジスタの製造工程におけるエージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとする。）を備えたＦＰＤ（Flat Panel Display）が実用化されている。ＴＦＴは、一般的に、ガラス基板上にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）やｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの無機半導体材料からなる半導体層や、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極などの金属層を順次形成していくことで製造される。近年、ＦＰＤは、さらなる薄型化、軽量化、フレキシブル化などが要求されている。しかし、従来のようにＴＦＴをａ−Ｓｉなどの無機半導体材料を用いて製造すると、半導体層の形成に高温処理を伴うため、樹脂基板等の採用が制限されていた。
【０００３】
そこで、チャネル層として有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタ（以下、有機ＴＦＴとする）の研究・開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。有機ＴＦＴは、半導体層として有機半導体材料を使用している。このため、有機ＴＦＴは柔軟性に優れているという利点を有する。また、有機半導体材料は溶媒に対する溶解性が高い材料が多い。このため、有機半導体材料の溶液を塗布する、印刷法、インクジェット法などのいわゆる液相プロセスにより半導体層を形成することができる。これにより、製造工程の簡略化が期待できる。
【０００４】
更に、従来のように無機半導体材料を用いた場合と比較すると、より低温で形成することができる。このため、軽くて、割れにくい樹脂基板を用いることができ、更に樹脂フィルムを支持基板として用いることも可能である。結果、有機ＴＦＴを用いた場合、軽くて柔軟性のあるＦＰＤを製造することができる。また、特許文献１では、有機ＴＦＴの特性劣化等を改善するため、有機半導体層を形成した後に熱処理を行っている。
【特許文献１】特開２００５−２１００８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、有機半導体層を形成した後に、有機半導体層が蒸発又は分解するよりも低い温度を上限として加熱処理を行い、有機ＴＦＴのオンオフ比などの特性改善を行っている。しかしながら、有機半導体層を熱処理するだけでは、十分な特性改善を期待できない。また、有機ＴＦＴの問題点として、キャリア移動度が低いという問題がある。この問題を解決するために有機半導体材料として高キャリア移動度の材料を使用したり、有機半導体層を結晶化して高キャリア移動度を実現することも可能である。しかしながら、この場合には駆動電圧の高電圧化や、結晶粒界等による駆動の不安定化などの問題が発生してしまう。
【０００６】
本発明は上記のような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度、オンオフ比、閾値などの特性を向上させ、低電圧で安定した良好な駆動を行うことができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、有機薄膜トランジスタの製造方法であって、ソース電極及びドレイン電極を形成する電極形成工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接続される有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、前記有機半導体層を加熱し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に交流電圧を印加するエージング工程とを含む。これにより、有機薄膜トランジスタの特性を改善し、良好な駆動を行うことができる。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、上記の製造方法において、前記有機半導体層を６０℃以上転移温度以下に加熱する。これにより、有機半導体層の状態が変化し、有機薄膜トランジスタの特性が劣化するのを防止することができる。
【０００９】
本発明の第３の態様に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、上記の製造方法において、前記交流電圧は、絶対値が５０Ｖ以下である。これにより、交流電圧の印加による有機薄膜トランジスタの破壊を防止することができる。
【００１０】
本発明の第４の態様に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、上記の製造方法において、前記エージング工程において、前記交流電圧のデューティ比が１／５〜１／２０である。これにより、有機薄膜トランジスタの特性を効果的に改善することができる。
【００１１】
本発明の第５の態様に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、上記の製造方法において、前記エージング工程において、前記交流電圧の周波数は、１〜１０００ＫＨｚである。これにより、有機薄膜トランジスタの特性を効果的に改善することができる。
【００１２】
本発明の第６の態様に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、上記の製造方法において、前記エージング工程において、前記交流電圧を印加する時間は、１分間以上５時間以下である。これにより、有機薄膜トランジスタの特性の経時変化を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有機薄膜トランジスタの特性を向上させ、良好な駆動を行うことができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法について、図を参照して説明する。まず、図１を参照して本実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ（以下、有機ＴＦＴとする。）１００の構成を示す図である。ここでは、ボトムゲート型の有機ＴＦＴについて説明する。なお、トップゲート型の有機ＴＦＴなど他の有機ＴＦＴについても本発明は適用可能である。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態に係る有機ＴＦＴ１００は、ゲート電極１０１、ゲート絶縁膜１０２、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４、有機半導体層１０５、シール材１０６、封止基板１０７を有している。
【００１６】
本実施の形態においては、ゲート電極１０１としては、ｎ型にドープされたシリコン基板を用いることができる。なお、ガラスや樹脂などの絶縁性基板上にゲート電極を形成してもよい。ゲート電極上には、ゲート絶縁膜１０２が形成されている。ゲート絶縁膜１０２としては、ＳｉＯ２を用いることができる。ゲート絶縁膜１０２は、ＣＶＤ法や、スパッタ法などにより形成することができる。
【００１７】
ゲート絶縁膜１０２の上には、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４が形成されている。ソース電極１０３及びドレイン電極１０４としては、蒸着法により形成されるＣｒ／Ａｕの堆積物を用いることができる。また、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４としては、金属や金属化合物のほか、導電性高分子などを用いてもよい。導電性高分子を用いた場合、スクリーン印刷法、インクジェット法、スピンコート法などで形成することができる。ソース電極１０３及びドレイン電極１０４は、後述する有機半導体層１０５とオーミックコンタクトされる。
【００１８】
ゲート絶縁膜１０２、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４上には、有機半導体層１０５が形成されている。本実施の形態においては、有機半導体層１０５の材料としては、（１）に示されるペンタセンを用いた。
【化１】
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（１）
【００１９】
なお、有機半導体層１０５の材料としては、上記のものに限定されない。例えば、（２）に示される銅フタロシアニンや、（３）に示されるＰ３ＨＴ（poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)）、（４）に示されるＦ８Ｔ２（poly(9-9'dioctyfiuorene-co-bithiophene)）、（５）に示されるペンタセン前駆体などを用いることができる。これらの材料は、結晶になりやすいため、有機半導体層として好適に用いることができる。有機半導体層１０５を結晶化することにより、キャリア移動度を向上させることができる。
【化２】
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（２）
【化３】
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（３）
【化４】
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（４）
【化５】
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（５）
【００２０】
有機半導体層１０５の形成方法としては、ペンタセンや銅フタロシアニンなどのように低分子系材料の場合には真空蒸着法などの気相プロセスを用いることができる。本実施の形態においては、ｐ型の有機半導体材料であるペンタセンを真空蒸着した。また、Ｐ３ＨＴやＦ８Ｔ２などのような高分子系材料の場合には、スピンコート法やインクジェット法などの液相プロセスを用いることができる。また、ペンタセン前駆体は、低分子系材料ではあるものの、その構造の一部に官能基をつけることにより溶媒に可溶となるため、液相プロセスを適用することができる。
【００２１】
また、上記の化合物以外にも、以下（６）〜（３７）に示すｐ型の有機半導体材料を用いてもよい。
【化６】
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（６）
【化７】
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（７）
【化８】
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（８）
【化９】
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（９）
【化１０】
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（１０）
【化１１】
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（１１）
【化１２】
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（１２）
【化１３】
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（１３）
【化１４】
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（１４）
【化１５】
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（１５）
【化１６】
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（１６）
【化１７】
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（１７）
【化１８】
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（１８）
【化１９】
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（１９）
【化２０】
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（２０）
【化２１】
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（２１）
【化２２】
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（２２）
【化２３】
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（２３）
【化２４】
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（２４）
【化２５】
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（２５）
【化２６】
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（２６）
【化２７】
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（２７）
【化２８】
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（２８）
【化２９】
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（２９）
【化３０】
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（３０）
【化３１】
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（３１）
【化３２】
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（３２）
【化３３】
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（３３）
【化３４】
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（３４）
【化３５】
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（３５）
【化３６】
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（３６）
【化３７】
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（３７）
【００２２】
また、上記のｐ型の有機半導体材料以外にも、（３８）〜（５０）に示すｎ型の有機半導体材料を用いてもよい。
【化３８】
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（３８）
【化３９】
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（３９）
【化４０】
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（４０）
【化４１】
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（４１）
【化４２】
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（４２）
【化４３】
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（４３）
【化４４】
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（４４）
【化４５】
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（４５）
【化４６】
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（４６）
【化４７】
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（４７）
【化４８】
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（４８）
【化４９】
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（４９）
【化５０】
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（５０）
【００２３】
なお、有機半導体層１０５の形成前処理として、被形成面に対してプラズマ処理を行ったり、密着性や界面状態を向上させるための配向膜等を形成してもよい。
【００２４】
図１においては図示していないが、ゲート電極１０１、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４には、金線からなる配線が銀ペーストにより接続されている。配線は、ゲート電極１０１、ソース電極１０３と同じ金属や金属化合物で形成されていてもよい。また、図１に示すように、ゲート電極１０１上には、ゲート絶縁膜１０２、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４、有機半導体層１０５を囲むようにシール材１０６が配置されている。そして、ゲート電極１０１の有機半導体層１０５形成面に対向するように封止基板１０７が配置されている。ゲート電極１０１と封止基板１０７とは、シール材１０６により接着されている。これにより、有機半導体層１０５は、ゲート電極１０１と封止基板１０７とシール材１０６とで形成される気密空間内に封止されている。この気密空間内に、不活性ガスあるいは支燃性ガスを封入してもよい。これにより、有機半導体層１０５の劣化を抑制することができる。
【００２５】
ここで、図２を参照して、本実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ１００の製造方法について説明する。図２は、本実施の形態に係る有機薄膜トランジスタ１００の製造方法を説明するためのフロー図である。図１に示すように、ゲート電極１０１上に、ゲート絶縁膜１０２、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４、有機半導体層１０５からなる有機ＴＦＴを形成する（ステップＳ１）。そして、シール材１０６により封止基板１０７とゲート電極１０１とを貼り合せる（ステップＳ２）。
【００２６】
その後、形成した有機半導体層１０５にエージング処理を行う（ステップＳ３）。具体的には、有機半導体層１０５を加熱しながら、ソース電極１０２とドレイン電極１０３の間に交流電圧を印加する。このとき、有機半導体層１０５の加熱温度は、６０℃以上の高温であることが好ましい。有機半導体層１０５を高温に加熱することにより、より効果的に有機ＴＦＴの特性改善を行うことができる。
【００２７】
また、有機半導体層１０５の加熱温度は、有機半導体層１０５の転移温度以下であることが好ましい。ここで、転移温度とは、有機半導体層１０５が状態変化する温度のことを言う。例えば、ガラス転移温度、融点、昇華点をいう。本実施の形態においては、有機半導体層１０５としてペンタセンを用いている。この場合、ペンタセンの融点が３００℃であるため、有機半導体層１０５の加熱温度を３００℃以下とする。また、例えば、（５０）に示すＡｌｑ３を有機半導体層として用いた場合には、Ａｌｑ３の融点が４１７℃であるため、有機半導体層１０５の加熱温度を４１７℃以下とする。
【００２８】
また、加熱温度は、特に好ましくは、有機半導体層１０５の転移温度よりも１０℃以上低く設定する。これにより、有機ＴＦＴ１００の特性の劣化を防止することができる。更に好ましくは、有機半導体層１０５の結晶粒界が成長しない温度とする。これにより、結晶粒界等によって駆動中に有機ＴＦＴ１００の特性が変化し、駆動が不安定となるのを防止することができる。
【００２９】
なお、ここでは、ペンタセン１層からなる有機半導体層１０５を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の有機半導体材料を積層形成してもよい。この場合、エージング工程における有機半導体層１０５の加熱温度は、複数の有機半導体層材料の中の最も低い転移温度以下とする。これにより、有機半導体層１０５の状態変化は発生せず、有機ＴＦＴの特性が劣化してしまうのを防止することができる。
【００３０】
そして、有機半導体層１０５を６０℃以上転移温度以下に加熱した状態で、ソース電極１０３とドレイン電極１０４との間に交流電圧を印加する。すなわち、ソース電極１０３に対して、正の電圧及び負の電圧をドレイン電極１０４に交互に印加する。つまり、有機半導体層１０５に交流電圧を印加する。これにより、有機半導体層１０５とソース電極１０３、ドレイン電極１０４との界面の結晶状態が変化し、密着性が向上する。このため、注入障壁を小さくすることができ、有機ＴＦＴ１００のキャリア移動度を向上させることができる。
【００３１】
また、ソース電極１０３に対するドレイン電極１０４に供給する電圧の絶対値は、５０Ｖ以下であることが好ましい。５０Ｖ以上の電圧を有機半導体層１０５に印加すると、破壊してしまうおそれがある。また、ソース電極１０３に対するドレイン電極１０４に供給する電圧の絶対値は、１０Ｖより大きいことが好ましく、特に１５Ｖ以上であることが好ましい。これにより、効率よく有機ＴＦＴ１００の特性改善を行うことができる。
【００３２】
ソース電極１０３とドレイン電極１０４間に印加する交流電圧の周波数は、１〜１０００ＫＨｚであることが好ましく、Ｄｕｔｙ比は１／５〜１／２０であることが好ましい。また、エージング処理時間は、１分間〜５時間とする。このように、有機ＴＦＴ１００を形成した後に、高温環境下で有機半導体層１０５に交流電圧を印加するエージング処理を行うことによって、有機半導体層１０５の劣化が抑制されるとともに、有機半導体層１０５とソース電極１０３とドレイン電極１０４との界面の密着性が向上する。これにより、キャリア移動度、オンオフ比等の特性が改善された有機ＴＦＴ１００を製造することができる。
【００３３】
実施例１．
以下、本発明の実施例について説明する。発明者は、実際に本発明に係る製造方法にてボトムゲート型の有機薄膜トランジスタを製造し、キャリア移動度及びオンオフ比などの有機ＴＦＴ１００の特性について試験を行った。まず、ｎ型に高ドープされたシリコン基板をゲート電極１０１として用いた。そして、ゲート電極上に、ＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜１０２を膜厚が３００ｎｍとなるように形成した。その上に、リフトオフ法にて、チャネル長５０μｍ、チャネル幅５０ｎｍのソース電極１０３及びドレイン電極１０４をそれぞれ形成した。ソース電極１０３及びドレイン電極１０４は、膜厚５ｎｍのＣｒと膜厚１００ｎｍのＡｕを積層して形成した。
【００３４】
その上に、ペンタセンを、基板温度２５℃、６．６７×１０−４Ｐａの環境下で、蒸着基板から１０ｃｍ離した昇華金属ボードから蒸着速度０．５ｎｍ／ｓで膜厚３００ｎｍになるまで堆積し、有機半導体層１０５を形成した。そして、ゲート電極１０１、ソース電極１０３、ドレイン電極１０４の各電極にそれぞれ、０．１ｍｍφの金線を銀ペーストで接続して配線した。その後、有機ＴＦＴを囲むように封止基板１０７を接着するためのシール材１０６を２ｍｍ幅で塗布し、封止基板１０７を押し付けてシール材１０６を硬化させ、封止基板１０７とゲート電極１０１とを接着することにより、電界硬化型の有機ＴＦＴ１０１を作製した。その後、ソース電極１０３−ドレイン電極１０４間に−３０／３０Ｖの交流電圧を、２０ＫＨｚ、Ｄｕｔｙ比１／１０で２時間印加した。比較例として、エージング処理を行わずに、上記と同様な方法で有機ＴＦＴを作製した。
【００３５】
そして、ゲート電極１０１に印加するゲート電圧を０Ｖ〜５０Ｖと変化させ、ソース電極１０３−ドレイン電極１０４間の電圧を０Ｖ〜５０Ｖとして、ドレイン電流を測定し、キャリア移動度μを算出した。また、オンオフ比は、ソース電極１０３−ドレイン電極１０４間の電圧が３０Ｖのときに、ゲート電極１０１に３０Ｖ印加した場合のドレイン電流と、０Ｖ印加した場合のドレイン電流の比で算出した。
【００３６】
移動度は、エージング処理を行わない場合にはμ＝１．４×１０−１[ｍ２／Ｖｓ]であったところ、エージング処理を行うとμ＝８．３×１０２[ｍ２／Ｖｓ]に改善することができた。また、オンオフ比は、エージング処理を行わない場合には１０６であったところ、エージング処理を行うと１０８に改善することができた。このように、本発明によれば、有機ＴＦＴの特性が向上することが確認された。
【００３７】
このような有機ＴＦＴ１００は、液晶表示装置のスイッチング素子として用いることができる。たとえばソース電極、ドレイン電極のいずれか一方に画素電極（ＩＴＯや金属膜）を形成し、液晶層を設けることにより液晶表示装置を作製することができる。また、発光素子を有する表示装置のスイッチング素子等に、本発明の有機ＴＦＴを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る有機薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法の工程を示すフロー図である。
【００３９】
１００  有機薄膜トランジスタ
１０１  ゲート電極
１０２  ゲート絶縁膜
１０３  ソース電極
１０４  ドレイン電極
１０５  有機半導体層
１０６  シール材
１０７  封止基板
【図１】
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【図２】
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